Автоматическое устройство для регистрации температурных зависимостей модуля упругости и внутреннего трения образца исследуемого материала

Автоматическое устройство для регистрации температурных зависимостей модуля упругости и внутреннего трения образца исследуемого материала

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

АВТОМАТИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГИСТРАЦИИ ТЕМПЕРАТУРНЫХ ЗАВИСИМОСТЕЙ МОДУЛЯ УПРУГОСТИ И ВНУТРЕН-1 НЕГО ТРЕНИЯ ОБРАЗЦА ИССЛЕДУЕМОГО МАТЕРИАЛА, содержащее блок для нагрева образца, термопару, возбудитель ксзлебаний образца, последовательно соединенные измерительный преобразователь , усилитель, детектор, блок, сравнения, интегратор и регулируеьв й усилитель, второй вход которого соединен с выходом усилителя, последовательно соединенные преобразователь частота-напряжение, подключенный к выходу усилителя, квадратор и первый двухкоординатный самописец, второй вход которого соединен с термопарой, и второй двухкоординатный самописец,, о тл и ч ающе е ся тем, что, с целью повышения точности, Сыстро действия и расширения функциональных возможностей, оно снабжено многока нальным ангшизатором, каждый канал которого выполнен из последователь- . но соединенных компаратора, преобразователя длительность-напряжение и блока умножения, подключеннш4 к выг ходам анализатора многоканальньм самописцем , последовательно соединенными пиковым детектором и формирователем пороговых уровней, последовательно соединенными одновибратором, подключенным к выходу компаратора последнего канала, схемой 2ИЛИ-НЕ и ключом, второй вход которогс соединен 3 выходом регулируемого усилителя , а выход - с возбудителем колебаний образца, схемой запуска, . подключенной к второму входу схемы 2ИЛИ-НЕ, последовательно соединенными генератором линейно изменяющегося напряжения и коммутатором, второй вход которого подключен k источнику опорного напряжения, а выход соединение вторым входом блока сравнений , переключателем, первый вход которЪго соединен с выходом детектора/ втсчюй вход - с .термопарой, а вы-io ход - с первьв входом второго двух координатного самописца, второй вход которого соединен с выходом блока умножения Первого канала,выход детектора соединен с первыми входгми комDO параторов . каждого канала и пикового детектора, каждый выход фсчрмировате ля пороговых уровней подключен квто Р1Ш и третьим входам компараторов каждой парц каналов, выход пикового :о детектора соединен с третьим входом ,компаратора первого канала, а втоIKie входа блоков умножения соединены с выводом преобразователя частота напряжение. - .

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

«««««Л««

РЕСПУ БЛИН

ПЕ (Ш з 5д) G 01 N 29/00

KXCONQjip«

ИДТЕИТМ

)3

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ГЮ ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

Ъ (21 ) 3422061/25-28 (22) 07.04.82 (46) 23.08.83. Бюл. У 31 (72) В.В. Пастущин и A.Â. Илкшин (53) 535.341.08(088.8) (56) 1. Абаев М.И. Устройство для .

:измерения собственной частоты и декремента затухания колебательных .систем. ПТЭ В-2, 1964, с. 153-155.

3. Авторское свидетельсв;во СССР

9682792, кл. (01929/00,1977(прототип . . (54) (57) АВТОМАТИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО .

ДЛЯ, РЕГИСТРАЦИИ ТЕИПЕРАТУРНЫХ ЗАВИCHNOCTEA МОДУЛЯ УПРУГОСТИ И. ВНУТРЕН

НЕГО ТРЕНИЯ ОБРАЗЦА ИССЛЕДУЕМОГО

МАТЕРИАЛА, содержащее блок для нагре-. ва образца, термопару, возбудитель колебаний образца, последовательно соединенные измерительный преобразователь, усилитель, детектор, блок сравнения, интегратор и регулируемый усилитель, второй вход которого соединен с выходом усилителя, последовательно соединенные преобразователь ° частота-напряжение, подключенный. к выходу усилителя, квадратор и первый двухкоординатный самописец, второй вход которого соединен с термопарой, и второй двухкоординатный самописец, отличающееся тем, что, с целью повышения точности, быстро действйя и расширения .функциональным возможностей, оно снабжено многоканальным анализатором, каждый канал которого выполнен из последовательно соединенных компаратора, преобразователя длительность-напряжение и блока умножения, подключенным к вы-. ходам анализатора многоканальным самописцем, последовательно соединенными пиковым детектором и формирователем пороговых уровней, последова» тельно соединенными одновибратором, подключенным к выходу компаратора последнего канала, схемой. 2КЛИ-НЕ и ключом, второй вход которого соединен с выходом регулируемого усилителя, а выход - с возбудителем колебаний образца, схемой запуска, подключенной к второму входу схемы

2ИЛИ-НЕ, последовательно соединенными генератором линейно изменяющегося напряжения и коммутатором, второй вход которого подключен и источ- Я нику опорного напряжения, а выход соединен с вторым входом блока сравнения, перейлючателем, первый вход которого соединен с выходом детектора второй вход - с термопарой, а выход - с первым входом второго двух-{ Ф координатного самописца, второй вход которого соединен с выходом блока умножения первого канала, выход дете тора соединен с первыми входами ком параторов.каждого канала и пикового детектора, каждый выход формировате ля пороговых уровней подключен к вто.

pm и третьим входам компараторов каждой парц каналов, выход пикового детектора соединен с третьим входом компаратора первого канала, а вторыа входЫ блоков-умножения соединены с выходом преобразователя частот

«напряжение.

10371б9

Изобретение .относится к технике измерения физических характеристик материалов и может быть использовано для измерений температурных зависимостей модуля упругости внут реннего зрения и амплитудных зависимостей внутреннего трения материалов.

Известно устройство для измерения. собственной частоты и декремента затухания материалов, содержащее генератор возбуждения, усилитель, предназначенный для получения необходимой амплитуды возбуждающего напряжения, емкостной датчик и предусилитель, напряжение на выходе ко- 15 . торого пропорционально мгновенному значению деформации образца, каскады формирования импульсов, задающие измерительный интервал времени, логарифмический преобразователь экспоненциального закона убывания амплитуды импульсов в линейный Г1 .

Недостатками известного устройства, являются низкая точность, малая скорость проведения испытаний, обуслов- 25 ленные ручной настройкой образца в . резонанс, что в режиме непрерывного нагрева не позволяет обеспечить достаточную точность определения температурой, амплитудной зависимостей 30 внутреннего трения, а также резонансной частоты.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату. является автоматическое устройство для регистрации тем- 35 пературных зависимостей модуля упругости и внутреннего трения образца исследуемого материала, содержащее блок для нагрева образца, термопару, возбудитель колебаний образца, после-4р довательно соединенные измерительный преобразователь, усилитель, детектор, блок сравнения, интегратор и регулируемый усилитель, второй вход которого соединен с выходом усилителя, 45 последовательно соединенные преобразователь частота-напряжение, подключенный к выходу усилителя, квадратор и первый двухкоординатный самописец, второй вход которого соединен с термопарой, и второй двухкоординатный самописец 5 2 ).

Недостатком известного устройства является низкая точность определения внутреннего трения материалов с высокой колебательной добротностью из-за 55 низкой чувствительности.

Кроме того., данное устройство не позволяет при проведении автоматичес« ких измерений температурных зависимостей одновременно проводить изме 60 рение амплитудной зависимости внутреннего трения.

Цель изобретения — повышение точности, быстродействия и расширение функ циональных возможностей устройства.

Поставленная цель достигается тем, что автоматическое устройство для регистрации температурных зависимостей модуля упругости и внутреннего трения образца исследуемого материала, содержащее блок нагрева образца, термопару, возбудитель колебаний об- разца, последовательно соединенные измерительный преобразователь, усилит ель, детектор, блок сравнения, инте-, I гратор и регулируемый усилитель,вто. рой ..вход которого соединен с выходом усилителя, последовательно соединенные преобразователь частота-напряжение, подключенный к выходу усилителя, квадратор и первый двухкоординатный самописец, второй вход которого соединен с термопарой, и второй двухкоординатный самописец, снабжено многоканальным анализатором, каждый канал которого выполнен из последо-< вательно соединенных компаратора, преобразователя длительность-напряжение и блока умножения, подключенным к выходам анализатора многоканальным самописцем, последовательно соединенными пиковым детектбром и формирователем пороговых уровней, последовательно соединенными одновибратором,подключенным к выходу компаратора последнего канала, схемой 2 ИЛИ-НЕ и ключом, второй вход которого соединен с выходом регулируемого усилителя, а выход — с возбудителем колебаний. образца, схемой запуска, подключенной к второму входу схемы 2 ИЛИ-НЕ, последовательно соединенными генератором линейно изменяющегося напряжения и коммутатором, второй вход которого подключен к источнику опорного напряжения, а выход соединен с вторым входом блока сравнения, переключателем, первый вход которого соединен с выходом детектора, второй вход - с термопарой, а выход — с первым входом второго двухкоординатного самописца, второй вход которого соединен с выходом блока умножения первого канала, выход детектора соединен с первыми входами компараторов каждого канала и пикового детектора, каждый выход формирователя пороговых уровней подключен к вторым и третьим входам компараторов каждой пары каналов, выход пикового детектора соединен с третьим входом компаратора первого канал-., вторые входы блоков умножения соединены с выходом преобразователя частота-напряжение.

На чертеже представлена функциональная схема автоматического устройства для регистрации температурных зависимостей модуля. Упругости, и внутреннего трения образца иссле = дуемого материала.

Автоматическое устройство для ре гиотрации температурных зависимостей модуля упругости и внутреннего тре1037169 ния образца исследуемого материала содержит блок 1 для нагрева ббразца 2, термопару 3, возбудитель 4 колебаний образца, последовательно соединенные измерительный преобразователь 5, усилитель 6, детектор 7, .,блок 8 сравнения, интегратор 9 и. регулируемлй усилитель 10, второй вход которого соединен с выходом

Усилителя 6, последовательно соеди. ненные преобразователь 11 частота- 10 напряжение, подключеннйй к выходу . усилителя 6, квадратор 12 и первый двухкоординатнйй самописец 13, вто- . рой вход которого соединен с термо-. парой 3, и второй двухкоординатный самописец 14, многоканальный анализатор, каждый канал которого выполнен из последовательно соединенных компаратора 15 — 19 преобразователя .

20 — 24 длительность-напряжение и блока 25 - 29 умножения, подключенный к выходам анализатора многоканальный самописец, 30, последовательно соединенные пиковый детектор 31 и формирователь 32 пороговых уровнейр gj последовательно соединенные одновибратор 33, подключенный к выходу компаратора 19 последнего канала, схему

34 2 ИЛИ-HE и ключ 35, второй вход которого соединен с выходом регулируемого усилителя 10, а выход — с возбу дителем 4 колебаний образца, схему 36 запуска, подключенную к второму входу схемй 34 2 ИЛИ-HE последовательно соединенные генератор 37 линейно изменяющегося напряжения и коммута- N тор 38, второй вход которого подключен к источнику опорного напряжения (на .чертеже не показан),а выход соединен с вторым входом блока 8 сравнения, переключатель 39, первый вход Щ которого соединен с выходом детек,тора 7, второй вход с термопарой 3, а выход — с первым входом второго двухкоординатного самописца 14, второй вход котоРого соединен с 4 выходом блока 25 умножения первого канала, выход детектора 7 соединен. с первыми входами комнараторов 15

19 каждого канала и пикового детек- .. тора 31, каждый выход формирователя

32 пороговых уровней подключен к третьим входам компараторов 15 - 19 каждой пары каналов, выход пикового детектора 31 соединен с третьим входом компаратора 35 первого канала, вторые входы блоков 25 — 29 55 .умножения соединены с выходом преобразователя 11 частота-напряжение.

Устройство работает следующим образом.

Образец 2 исследуемого материала g) помещают в блок 1 для нагрева образца. При включении питания схема

36 запуска вырабатывает имиульа напряжения длительностью 10 мс, необходимый для возникновения устойчи65 вых резонансных колебаний в образце

2, который через схему 34 2ИЙИ-НЕ поступает на управляющий вход ключа 35, включающего цепь положительной обратной связи, содержащий усилитель 6, детектор 7, блок 8 сравнения, интегратор 9 и регулируемый усилитель 10. В образце 2 воэбужда ются резонансные колебаний с помощью электростатического возбудителя 4..

Сигнал с.измерительного преобразователя 5 усиливается усилителем 6 .и через детектор 7 поступает на входы многоканального анализатора и пикового детектора 31. запоминающего максимальное значение амплитуды резонансных колебаний образца

2. Нагрузкой пикового детектора 31является формирователь 32 пороговых уровней, выполненный на резисторах

40 - 45, определяющих пороги срабатывания компараторов 15 — 19 мно гоканального анализатора.

По окончании первоначального запускающего импульса ключ 35 размыкает положительную обратную связь и резонансные колебания образца 2 начинают затухать по экспоненциальному закону, что приведет к поочередному

;срабатыванию двухуровневых компара,торов 15 — 19 и на их выходах поя- вятся импульсы длительностью, рав-! ной времени уменьшения амплитуды сво. бодно затухающих колебаний образца

2 от величины, определяемой верхним порогом срабатывания до величины, определяемой нижним порогом,. срабатывания двухуровневого компаратора.

Причем нижний порог срабатывания .пре.щлдущего компаратора является одновременно верхним порогом срабатывания следующего компаратора и т.д. При реализации устройства.использовались сдвоенные двухуровневые компараторы типа К510СА1.

По окончании выходного. импульса последнего компаратора 19 срабатывает одновибратор 33, вырабатывающий импульс длительностью 10 мс. Этим импульсом через схему 34 2ИЛИ-HE „ управляется ключ 35, эакорачивающий .цепь положительной обратной связи на время действия импульса одновибратора 33. 3а это время амплитуда собственных резонансных колебаний вновь достигает максимальной величины и процесс повторяется.

Так как верхний порог срабатывания первого компаратора 15 равен потенциалу на выходе запоминающего пикового детектора 31, но из импульса íà его выходе необходимо вычесть время незатухающих колебаний образца 2, что происходит при попкл чении выхода одновибратора 33 к стообирующему входу компаратора 15. При этом компаратор 15 отключается на время лействия импульса ждущего одновибра1037169 тора 33. Длительность импульсов на выходах компараторов 15 - 19, равная времени затухания колебаний образца

2 ьт амплитуды, равной значению верх него уровня порога до амплитуды,равной значению нижнего уровня порога, преобразуется в напряжение преобразователями 20 — 24 длительность-напряжение, которое подается на соответствующие входы блоков 25 — 29 умноже. "ния, на вторые входы которых подает- 10 ся напряжение с выхода преобразователя 11 частота-напряжение, пропорциональное частоте резонансных колебаний образца 2. Сигнали с выходов блоков 25 -. 29 умножения подаются на 15 входы многоканального самописца 30, вычерчивающего графики временной зависимости внутреннего трения (декремента затухания)при различных амплитудах колебания образца 2. При подаче на вход блока 8 сравнения сигна ла от генератора 37 линейно изменяющегося напряжения через контакты ком-, мутатора 38 и подключении входов втФ рого двухкоординатного самописца 14 через переключатель 39 к выходу детектора 7 и выходу блока 25 умножения первого канала многоканального анализатора соответственно, вторым двухкоординатным самописцем;14 бу" . дет регистрироваться зависимость внут-З0 реннего трения от амплитуды колебания образца 2, а в случае подключения через коммутатор 38 опорного напряжения к блоку 8 сравнения и подключении через переключатель 39 тер- З5 мопары 3 к входу второго двухкоординатного самописца 14 будет регистрироваться температурная зависимость внутреннего трения образца 2.

Сигнал преобразователя 11 частота-напряжение поступает н а вход квадратора 12, вырабатывающего под его действием напряжение, пропорциональное модулю упругости образ ца 2. Это напряжение поступает на вход двухкоофдинатного самописца 13, вычерчивающего зависимость модуля упругости от температуры, причем второй вход самописца.13 подключен к термопаре 3..

Таким образом, процесс измерения внутреннего трения происходит периодически с частотой повторения F =

= 1/5 Г + 10 мс, где Г - время затухания колебаний образца, что asляется максимально достижимой скоростью измерения и как следствие этого возможно достижение значительной скорости нагрева образца, что резко уменьшает время исследования материала до минимально возможного.

Применение генератора 37 линейно изменяющегося напряжения позволяет производить измерение амплитудной зависимости внутреннего трения образца автоматически, что также существенно повышает скорость измерения. в

Таким образом, скорость проведения испытаний на данном устройстве может быть повиаена в несколько раз (2-10), в зависимости от условий испытания.

7 Изменение декремента- затухания с помощью данного устройства вместо-. измерения амплитуды возбуждающей силы существенно повышает чувствительность измерения внутреннего трения высокодобротных образцов материалов.

1037169

Составитель К Царев

Редактор С. Патрушева Техред И.Гайду КорректорИ..Ватрушкнна

Заказ 6001/46 Тира3к 873 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35,. Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. 3 мгород, ул. Проектная, 4